新能源汽车的优势和劣势简述

随着近期新能源汽车的快速发展,相信很多人已经接触过新能源汽车,人们对新能源汽车褒贬不一,网上也充斥着新能源企业发展新能源都是骗补的声音,作为新能源汽车的从业人员,笔者也简单说一下自己的理解。

在以前的文章我写到了国家为什么发展新能源汽车,但是目前量产的新能源汽车有什么优势和劣势呢?

优势一:纯电驱动的车辆驾驶感受好

纯电驱动的车辆指的是只有电机作为驱动方式的车辆,包括纯电动车以及增程式电动车,目前动力驱动的形式就是电机+单档减速器,

因为电机转速范围广,目前主流的转速为12000转,16000转,此转速基本无需多档便可满足电动车的绝大多数的车速使用需求(当然为了平衡动力经济性的需求,开发两档除外,目前问题较多,此间不再赘述),因此电动车在驾驶性上无丝毫换挡引起的顿挫。同时电机响应迅速,低转速扭矩大,在驾驶性上有很多传统燃油车无法比拟的优势。

优势二:驱动效率高,能量回收更经济

撇开整个能源周期,单凭驱动效率方面讲,传统燃油车发动机最高的热效率点目前已知40%多点,实际使用上也就是30%多,大部分的燃油能量被当做废气排放掉了。而电机+电机控制器最高效率大于95%,实际使用上也超过了85%,(实际使用工况参照NEDC工况),所以说电机总成的驱动效率是很高的。例如某A级电动车以及同平台的燃油车,电动车百公里电耗是14kwh/100km,百公里油耗量是8L/100km。已知汽油热值是42MJ/kg,换算百公里消耗能量是4.54*10^8 焦耳能量,而电耗是百公里消耗量是14*3.6*10^6=5.04*10^7焦耳能量,大概是汽油车的1/10,由此可见电动车是更高效的。

而混动车型,车辆的动力匹配大部分也例如是遵循着“用电节油”的原则,也就是说在动力匹配过程中,让发动机始终在经济转速-扭矩范围内工作,达到节油的目的,例如下面图中不同转速下,当前车速下发动机输出转速为2800转,会控制发动机扭矩90Nm左右,如果动力不够满足驾驶员的驱动需求,剩下的扭矩补偿靠电机来完成,以达成发动机始终在经济点工作从而降低油耗的需求(增程车型发动机转速和车速解耦,所以转速都可以调,更容易选取经济点),同理当发动机在经济点的扭矩超过用户的扭矩需求后,多余的扭矩便会驱动电机发电,将能量储存在电池中,以备后用,实际上还要考虑电机效率、电池充放电功率等很多条件进行不同工况的标定。动力分流,IMMD的串并联,P0+P4,P2.5+P4等等,但是还有所不同,这个后期我应该会单列个文章写一下不同动力结构的特点。

某发动机的map图

同时目前的新能源车型都有一个共同点,就是有电机参与驱动。学过高中物理我们都知道,电机又是电动机(电生磁)又能当发电机(磁生电)。在传统车行车过程中,制动的建立是踩制动踏板建立液压,让制动摩擦片和制动盘接触产生制动的,从能量流向的角度上看,就是车子的动能转化为制动器的热能实现制动的,但是在新能源车型中,制动时电机断电、切割磁感线产生反方向电流并提供负扭矩(磁生电,详见高中物理),此时的反向电流就流向电池被储存起来,同时电机的负扭矩可以帮助车辆实现制动。说白了就是传统车在制动时候的动能被转化为摩擦片的热能被带走了,而新能源车可以把车辆的部分动能转为电能储存在电池中(能量回收也分为协作式和非协作式的回头我看看再单开个专题讲一下),能量回收对里程的贡献率目前我根据实车测试见过的最高可达20%左右(NEDC工况)。

从以上来看,从电机整体效率上,从系统的匹配上,从电动车的特质上来看,新能源汽车其实更加高效。

优势三、使用成本低并且可以降低城市排放

电动车和大部分插电混动车辆,都有一定的纯电续驶里程,在家庭充电方便的情况下,用电的成本比用油节省的多,同样以上面的车辆为例,电动车百公里耗电是14度,按照现在的家庭电价,百公里大概7块钱;而传统油车百公里油耗是8升,百公里大概56块钱,同时电动车不需要经常保养,省去了更换机油等保养耗费。

同时电动车和混动车在排放方面会比传统车少很多,可以做到0排放或者少排放。

以上是我个人理解的当前量产新能源车的一些优势,但是真正的让很多人对新能源车尤其是电动车产生不好影响的劣势才是真正制约消费者选择新能源车辆的主因。

劣势一、电动车续驶里程低影响用户长途出行

目前最制约用户使用,引起用户抱怨的,其实就是电动车的续航焦虑了。电动车的续航里程是用户可以直观感受到的一个重要性能指标。但是目前量产的电动车,综合续航稍长的大概也就是400km左右,冬天开暖风更是直接衰减接近一半。根本无法满足用户长途需求,短途需求充电频次太高也会引起抱怨,甚至还有冬天盖被子不开空调的梗。

劣势二,充电不方便,不快捷

如果电动车续驶里程不长,但是充电方便快捷,也是个很好的解决里程焦虑的路径,但是目前的形势是:1、充电桩质量良莠不齐。有些充电桩物理接口或者充电协议甚至都不能和一些车兼容(笔者曾经就做过充电适应性测试,用一台车测各个品牌的各种桩) 2、充电速率慢。现在快充和加油相比也很慢,一般都提SOC20%-80%的充电速率,少说也要半个小时,多的有一个小时的 3、充电桩布局还是不平均。很多地方比较少甚至都没有,高速上面布局也少,貌似特斯拉等一些主机厂有过一些布局。4、很多小区不支持安装充电桩,支持安装的小区需要车主绑定车位等很多现实问题(笔者见过从十几楼往下甩电线充电的情况,貌似还得偷偷摸摸的来,消防问题,物业会查)。

所以很多主机厂正在使用或计划采取一些方案来解决充电难这个问题,例如蔚来汽车的换电以及保时捷的高压快充方案。其实单一厂商做其实怎么玩都行,但是想用户便利,最好还是国家或者行业层面上统一标准:换电方案的软硬件标准的统一,高压快充的基础设施建设,这些都是急需解决的问题。

劣势三、受季节温度影响较大

传统燃油车自身受温度影响较少,车内油液可以在几分钟内就达到常温下的工作温度,同时在低温下可以利用排气的温度给车内升温,所以冬季的油耗和动力性相对常温下,不会有特别大的衰减(日常行车时间比较短的可能油耗会高一些,油液刚热起来已经到地方了)。

而电动车电池受温度影响较大,例如在低温条件下,电池自身电量和充放电功率都有衰减(-7摄氏度电量衰减10%左右),所以在低温下仅电池衰减的电量就会对续驶里程有10%的影响,同时在低温下电池的充放电功率变化,对整车动力性和充电速率也都会有一定的影响。

电动车加热无法像传统燃油车一样利用排气的热量,需要一个外置的加热装置,现在大部分用的都是PTC加热,说白了就是一个电阻丝通电加热,然后靠风扇或者鼓风机直接把电阻丝加热后的热风吹进驾驶舱,或者是电阻丝加热水,再把水的热风吹进驾驶舱。-7摄氏度PTC平均功率可达到2-3Kw甚至更多(还不算电池加热),一个百公里耗电13度的电动车,平均车速在30km/h左右的工况下,空调的百公里耗电就接近10度,再加上电池的衰减。。。。。。所以很多车低温下的里程只能达到常温的一半。现在热泵技术的应用可以降低低温的能耗,但是在使用中还是有一些问题,例如更低温度下热泵基本上不起作用还是需要搭配PTC使用,还有制热的速率等,但是我相信以后会有更安全高效的空调技术可以搭载在整车上。

以上是主要介绍了我认为目前新能源汽车的主要优势以及引起用户使用抱怨的主要抱怨点。其实还有很多其他的优点和劣势,例如电驱动对搭载自动驾驶更加友好,现在买新能源车会有一些政策红利等等,当然也有保值率问题,电动车安全顾虑等问题,由于延伸面较广,此处不一一列举了。基于以上的一些问题其实目前各个主机厂及科研机构也正在寻求解决方案争取达成技术突破,例如性能更好的电池,更加安全高效的热管理方案,更高效的空调系统等。

也是希望大家多了解这个行业,采用辩证的眼光看待这个行业,而不是一竿子打死,认为所有的新能源企业都是骗补的,新能源车的发展就是错误的。我认为我们应该认同优点,正视差距,解决问题,这也是我们全部汽车人的努力方向和奋斗目标,也正是我想写一些东西的初衷。

本文比较概括一些,后续会专门根据制动能量回收、不同的混动系统介绍、影响整车动力经济性的因素及如何提升续驶里程等方面做一些介绍。以上都是个人的一些理解,想通过一些简单的语言来介绍下新能源汽车的一些特点,旨在交流,由于本人知识水平有限,如有错误和建议也请不吝指正,以互相学习(图片均来源于网络)。

发布于 2019-10-08